建筑地面保温工程用全轻混凝土配制技术

刘先锋，彭家惠，陈明政，刘　柳，张建新，3

(1.重庆科技学院建筑工程学院，重庆　401331；2.重庆大学材料科学与工程学院，重庆　400045；3.重庆建大建筑材料有限公司，重庆　400030)



建筑地面保温工程用全轻混凝土配制技术

刘先锋1,2，彭家惠2，陈明政1，刘柳1，张建新2，3

(1.重庆科技学院建筑工程学院，重庆401331；2.重庆大学材料科学与工程学院，重庆400045；3.重庆建大建筑材料有限公司，重庆400030)

全轻混凝土用于建筑地面保温工程优势在于同时具有承重和保温性能，简化保温构造；但全轻混凝土配制过程中强度与密度或保温性能的矛盾是其推广应用的主要障碍之一。在优选陶粒基础上，采用外加剂增强和外掺料降低密度提高保温性能，配制出强度超过LC15、密度等级1000 kg/m3、保温性能优良的全轻混凝土；其干表观密度1009 kg/m3、抗压强度21.2 MPa、导热系数0.23 W/(m·K)、蓄热系数4.85 W/(m2·K)、吸水率15%、软化系数0.88、28 d收缩值0.27 mm/m、内照射指数0.41、外照射指数0.67。

全轻混凝土； 建筑地面； 保温； 强度； 密度

1　引　言

夏热冬冷地区，居住建筑在间歇式空调运行方式以及入住率(同时使用系数)低的状况下，分户楼板是最大的热桥(100 mm厚钢筋混凝土板传热系数为3.03 W/(m2·K))。建筑热量和冷量非常容易通过楼地面热桥发生传热损失，很大程度上影响了建筑节能的实施效果。标准[1]以强制性条文明确规定分户楼板传热系数K≤2.5W/(m2·K)，标准[2]以强制性条文明确规定分户楼板传热系数K≤2.0 W/(m2·K)。这样，分户楼板必须采取保温措施才能达到建筑节能65%的基本门槛要求。

随着建筑节能在十二五期间的要求和推进，目前分户楼板保温层用材料有聚苯乙烯泡沫塑料板、聚苯颗粒保温浆料、复合硅酸盐板、无机保温砂浆、泡沫混凝土等。但是，这些保温层强度低，规范[3]第4.12.5条规定设置间距不大于200 mm×200 mm的φ6 mm钢筋网片，它们用于楼地面保温系统时，由于强度达不到规范要求，必须增设钢丝网和细石混凝土保护层，以免引起开裂；且聚苯颗粒保温砂浆系统和苯板系统防火性能差。因此，目前楼板保温存在的问题主要有：①抗压强度均偏低，系统完成后容易造成地面开裂、保温层起拱等问题；②有机材料防火性能差，存在安全隐患；③施工工序较复杂，需设抗裂层和保护层，铺设耐碱玻纤网格布或钢丝网。

当建筑地面保温层采用全轻混凝土强度等级不低于LC15 级时，保温层与面层之间可不设水泥混凝土保护层[4]。这样，应用全轻混凝土作建筑楼地面保温系统不仅在施工过程中一次成型，省掉铺设钢丝网片及细石混凝土保护层这两道工序，同时具备了承重和保温性能，大大节省了成本。但是，全轻混凝土建筑地面保温工程应用过程中，存在几个关键问题，①强度与密度的矛盾。一般来说强度越高，密度越大，从而导热系数越大，保温隔热性能越差。②全轻混凝土施工过程中，与结构基层粘结差问题、全轻混凝土轻集料上浮问题、压实收面困难问题。③硬化后开裂空鼓问题。本文在前期研究基础上[5-8]，针对第一个问题进行了系列实验，在保证强度前提下降低密度，从而在构造简化前提下确保保温性能。

2　原材料

水泥为普通硅酸盐42.5级水泥。陶粒堆积密度560 kg/m3，筒压强度2.5 MPa。陶砂堆积密度520 kg/m3。减水剂为FDN减水剂。纤维素醚为甲基纤维素醚，粘度100000 mPa·S。硅灰，堆积密度220 kg/m3，密度1650 kg/m3，比表面积25000 m2/kg。空心微珠主要成分由二氧化硅和三氧化二铝组成，堆积密度560 kg/m3。

3　结果与讨论

在优选原材料基础上，考察减水剂、硅灰、空心微珠对全轻混凝土强度、密度及保温性能影响，进而对密度、强度较好的全轻混凝土的保温性能等技术指标进行较全面检测[4,9]，基础配合比如表1。

表1全轻混凝土基准配合比

Tab.1The basic mix proportion of full lightweight aggregate concrete

Cement/kgCeramicite/LCeramicsand/LWaterreducer/kgCelluloseether/kgSilicafume/kgHollowmicrosphere/LWaterConsumption/kg35072048000.700Asslumpconstantis180mm

3.1减水剂对全轻混凝土性能影响

减水剂掺量对全轻混凝土抗压强度和密度的影响曲线见图1、图2。

从图1可看出，随着减水剂掺量增加，全轻混凝土抗压强度增加；减水剂掺量为1.0%～1.2%时，全轻混凝土抗压强度增加较多，减水剂掺量大于1.2%以后，全轻混凝土抗压强度增加甚微，这可能是到了这个时候强度很大程度上取决于轻集料强度而不是水泥石强度，这也是区别于普通水泥混凝土主要原因(普通混凝土集料强度远大于水泥石强度)。从图2可看出，全轻混凝土密度是随着减水剂掺量增加一直增加，这主要是水泥水化和轻集料润湿用水是一定的，多余的水最终会挥发掉在混凝土中间留下孔隙，本实验用水量是控制坍落度180 mm为准，故减水剂掺量增加用水量减小，用水量越少留下孔隙越少，从而密度越大。据上述分析，考虑全轻混凝土强度越大越好、密度越小越好，通常减水剂有个兼顾二者的最佳掺量，本实验原材料所得数据显示减水剂最佳掺量为1.2%。

图1　减水剂对全轻混凝土抗压强度的影响Fig.1　The relationship between strength and different content of water reducer

图2　减水剂对全轻混凝土密度的影响Fig.2　The relationship between density and different content of water reducer

3.2硅灰对全轻混凝土性能的影响

硅灰对全轻混凝土抗压强度和密度的影响曲线见图3、图4。

图3　硅灰对全轻混凝土抗压强度的影响Fig.3　The relationship between strength and different content of silica fume

图4　硅灰对全轻混凝土密度的影响Fig.4　The relationship between density and different content of silica fume

从图3可以看出，硅灰掺量在10%以下时对全轻混凝土抗压强度基本没有影响；硅灰掺量在10%～15%时，硅灰对全轻混凝土抗压强度有一定提高，但幅度甚微；硅灰掺量大于15%后，全轻混凝土抗压强度基本没变。从图4可看出，硅灰掺量在10%以下时，全轻混凝土密度几乎不变；硅灰掺量大于10%后，全轻混凝土略有降低。硅灰在全轻混凝土中作用甚微，主要是本实验用水量是控制坍落度180 mm为准，即硅灰掺入，在保证坍落度前提下用水量增加，多余水挥发后留下孔隙对强度起降低作用，因而硅灰增强效果体现不出来；另外还有就是增强效果节制因素 “全轻混凝土强度很大程度上取决于轻集料强度而不是水泥石强度”。因用水量增加，水泥水化和轻集料润湿用水是一定的，多余的水最终会挥发掉在混凝土中间留下孔隙，用水量越大留下孔隙越大，从而密度越小，且硅灰密度比水泥小，这两点是全轻混凝土密度略有下降的原因。即掺加硅灰，增强效果甚微，但对密度减小有一定贡献，总体来说，硅灰掺量因素不显著。

3.3空心微珠对全轻混凝土性能的影响

空心微珠掺量对全轻混凝土抗压强度和密度的影响曲线见图5、图6。

从图5可看出，空心微珠替代轻集料0～50%时强度随替代量增加而增大，当替代量大于50%后，随替代量增加强度几乎不增加甚至降低；从图6可看出，随着空心微珠替代量增加，密度持续下降，降低密度贡献显著；原因是空心微珠密度比陶粒、陶砂低得多了，材料组分中密度小的组分增加总密度减小是必然的。实验时是保证坍落度不变(180 mm)，实际操作需水量没有增加，强度效应很大。空心微珠是惰性的，不需要反应用水，且几乎无开口孔、吸水率低，当然由于密度小比表面积大，应该润湿其表面需水量会增大进而对强度影响不利，但由于空心微珠替代的轻集料本身吸水量大，被替代了所以节约了这部分吸水，即由于润湿空心微珠较大比表面增加的需水量与被替代轻集料的吸水量相当或更少，从而总体用水量变化不大。空心微珠在全轻混凝土体系中除主要可减小密度外，在强度方面有微珠增强效果，且用水量变化不大，所以全轻混凝土强度随着空心微珠掺量增加而增大，但替代量超过50%后强度增加甚微甚至减小，这主要是过多微粉使得集料粗细集料相对比例减少从而级配不合理占了主导因素，因此强度增加甚微甚至略有减小。考虑密度和强度，空心微珠有个最佳掺量，本实验材料基础上这个最佳掺量为50%。

图5　空心微珠对全轻混凝土抗压强度的影响Fig.5　The relationship between strength and different content of hollow microsphere

图6　空心微珠对全轻混凝土密度的影响Fig.6　The relationship between density and different content of hollow microsphere

4　优化配合比全轻混凝土性能

结合上述实验，获得优化配合比见表2，对其系列性能测试结果见表3。

表2全轻混凝土优化配合比

Tab.2The optimized mix proportion of full lightweight aggregate concrete

Cement/kgCeramicite/LCeramicsand/LWaterreducer/kgCelluloseether/kgHollowmicrosphere/LWaterConsumption/kgSlumpconstant/mm3507202404.20.7240270180

表3全轻混凝土性能

Tab.3The performance of full lightweight aggregate concrete

PerformanceindexDrydensity/kg/m3Compressionstrength/MPaAveragevalueLeastvalueThermalconductivity/W/(m·K)Thermalstoragecapacity/W/(m2·K)Waterabsorption/%Coefficientofsoftnesssystolicvalue(28d)/mm/mInternalexposureindexExternalexposureindexTestdata100921.220.10.234.85150.880.270.410.67

表3中检测结果，达到了标准[4]的1000 kg/m3密度等级要求，同时强度等级超过LC15、保温性能优良；解决了密度和强度的矛盾，满足全轻混凝土作为建筑地面保温工程要求，在构造简化前提下保证了保温性能。

5　结　论

(1)减水剂对全轻混凝土密度和强度有明显影响。随着减水剂掺量增加，强度增加，密度也增加；兼顾密度小强度大，减水剂最佳掺量为1.2%。硅灰在全轻混凝土中的增强作用甚微，对减小密度有一定贡献，但贡献也较少。空心微珠在全轻混凝土中降低密度效果显著，对强度贡献也很大、强度先增大后减小；综合考虑密度和强度，空心微珠最佳掺量为50%；

(2)配制出强度超过LC15、保温性能优良的全轻混凝土。主要性能指标：干表观密度1009 kg/m3、抗压强度21.2 MPa、导热系数0.23 W/(m·K)、蓄热系数4.85 W/(m2·K)、吸水率15%、软化系数0.88、28 d收缩值0.27 mm/m、内照射指数0.41、外照射指数0.67。解决了密度和强度的矛盾，满足全轻混凝土作为建筑地面保温工程要求，在构造简化前提下保证了保温性能。

[1]DBJ50-071-2010, 居住建筑节能65%设计标准[S].2010.

[2]JGJ134-2010, 夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准[S].2010.

[3]GB50209-2010，建筑地面工程施工验收质量规范[S].2010.

[4]GBJ50/T-151-2012，全轻混凝土建筑地面保温工程技术规程[S].2012.

[5]康苏芳，彭家惠，周福忠，等.纤维素醚和砂率对全轻混凝土性能影响研究[J].硅酸盐通报，2013,32(10)：2003-2007.

[6]李永靖，闫宣澎，郭瑞琪，等.自燃煤矸石全轻混凝土拌合物坍落度经时损失试验研究[J].硅酸盐通报，2013,32(4)：727-731.

[7]董荣珍，刘优，卫军，等.细集料改性对全轻混凝土性能的影响[J].硅酸盐通报，2015,34(5)：1354-1359.

[8]余政兵，杨彬.重庆地区全轻混凝土楼地面保温层质量控制措施探讨[J].重庆建筑，2015,14(2)：42-44.

[9]JGJ51-2002, 轻骨料混凝土技术规程[S].2002.

Preparation Technology of Full Lightweight Aggregate Concrete in Building Ground Thermal Insulation Engineering

LIUXian-feng1,2，PENGJia-hui2，CHENMing-zheng1，LIULiu1，ZHANGJian-xin2,3

(1.School of Civil Engineering and Architecture,Chongqing University of Science and Technology,Chongqing 401331,China;2.College of Materials Science and Engineering,Chongqing University, Chongqing 400045,China;3.Chongqing Jianda Building Materials Co.Ltd,Chongqing 400030,China)

Full lightweight aggregate concrete combines excellent strength and heat preservation performance, which simplifies thermal-insulated structure of building ground thermal insulation engineering.；but the strength is at odds with density and insulation performance which is One of the main obstacles to popularization and application of full lightweight Aggregate Concrete in Building Ground Thermal Insulation Engineering. Adding admixture to improve strength and Adding admixtures to reduce density are researched in full lightweight aggregate concrete with optimized lightweight aggregate. The results show that its strength far outstrips LC15，density level meets 1000 kg/m3，and its insulation performance is outstanding；the apparent density is 1009 kg/m3，the compression strength is 21.2 MPa，the thermal conductivity is 0.23 W/(m·K)，the thermal storage capacity is 4.85 W/(m2·K)，the water absorption is 15%，the coefficient of softness is 0.88，28 d systolic value is 0.27 mm/m，the internal exposure index is 0.41，the external exposure index is 0.67.

full lightweight aggregate concrete；building ground；thermal insulation；strength；density

重庆市教委科技项目(KJ1401315)

刘先锋(1975-)，男，博士，副教授.主要从事节能建筑材料、水泥混凝土材料、石膏基材料、固体废弃物建材资源化研究及工程应用.

TU528

A

1001-1625(2016)05-1632-05